专利名称：绕制热回收器的方法
技术领域：
本发明总的涉及热回收器，更具体地说，涉及由具有足够导热系数的薄带材料形成一热量回收器以形成该热回收器的传热表面的方法，并且在长条状带上还具有既不嵌套入也不受压缩的隔离物。
背景技术：
许多装置，尤其是斯特林循环机包括一热回收器，在热回收器中热能是从流动流体传输的，并且从热回收器将热能传输到流体。热回收器通常由大表面积的结构诸如毛织品、金属薄片或者球体构成，并且是由金属制成的，诸如不锈钢或其它合适的材料，这些材料可吸收热能，但是传导热能并不特别好。
在斯得林循环发动机中，例如，一工作气体通过一往复式置换器在一加热器空间与一冷却器空间之间移动以驱动往复式运动的活塞。该气体在循环的一部分过程中受热，而在另一部分过程中则变冷。当热的气体要从加热器空间输送出时，它流过热回收器，热能通过对流而被传输给回收器，即受热气体的分子对回收器表面的撞击。回收器受热并且当热能被传输给回收器时，随着气体流过该回收器到达冷却器空间，气体被冷却。
气体一旦在冷却器空间内被冷却，它就再一次被传送通过回收器，通常象在气体从加热器空间被传送时那样以相反的方向。流过回收器的冷却器气体被相同的对流机构加热，通过该对流机构，气体加热了回收器气体分子对回收器的表面的撞击。热回收器因此改善了斯特林循环发动机的效率，因为气体进入经预热的加热器端，以及气体进入了经预冷的冷却器端。当然，回收器提高了除了斯特林循环机以外的许多机器的效率。
在常规的回收器中，在流体分子与回收器的表面之间必须有相当大数量的接触，以便产生实质的热传递。在斯特林循环机中所使用的一类热回收器采用诸如不锈钢之类的金属的一薄的长条状带，这种薄的长条状带被卷紧在一卷筒上，然后被放置于一腔室内，气体经过该腔室纵向地流过卷筒辊。金属的每一“层”在它与下一个相邻“层”之间都具有一空隙或间隙，用于流体通过。
最好是这种绕制式热回收器的各层之间具有均匀的间隔，但是实际上通常难以实现这种间隔的均匀性。金属的长条状带上可以形成诸如“隆起”之类的局部变形，然后金属的长条状带被卷绕以形成一热回收器。这些隆起，它们中的每一个在长条状带的相对侧都具有一对应的凹陷，可以精确地并且廉价地将长条状带的一个卷绕(绕制)的“层”同另一卷绕的“层”分隔开来，以促使气体均匀地流过回收器。
在用于制造卷绕式热回收器的传统的方法中，如果长条状带被过紧地绕制在一卷盘结构上，那么隆起部位可以被压缩和挤扁。另外，一层的隆起可以嵌套在长条状带的一相邻层上所形成的凹穴内，从而使隆起的有利作用失效，至少部分地失去作用。
不均匀的间隙会导致流体流过较大的间隙时流率高，而通过较小的间隙时流率低。这种不均匀的流动是不利的，因为大的间隙能使某些流过回收器的气体与应发生热传递的表面产生不良接触，而小的间隙则限制气体通过其中。此外，对于被称作为自由活塞机的机器的等级的临界的压力降经常与传统的热回收器妥协，从而导致运动部件的预料不到的动态(不断变化)运动。
因而，就需要一种制造一绕制式热回收器的方法，这种方法贯穿流体流过回收器整个范围保持一绕制的回收器的各层的基本均匀的间隔。
发明内容
本发明是从一长条状带产生如热回收器之类的一绕制卷筒的方法。该方法包括通过使长条状带沿着其长度在多个离散部位变形而在该长条状带上形成多个隔离物。该方法的另一步骤包括将长的金属丝安置在长条状带上靠近相对的侧向带缘。一另外的步骤包括将长条状带和金属丝卷绕在可旋转的拉紧卷盘上，从而形成诸带层，在那里长条状带的部分被卷绕在在先绕制的长条状带部分上面，而金属丝则放置在长条状带相邻各层之间。然后将金属丝从卷绕的长条状带上取出，诸如通过将它们从长条状带各层之间拉出。更可取地，金属丝具有一基本上与隔离物高度相等的直径，并且每个带层的层的隔离物都是抵靠在一相邻的带层上，从而将各层彼此分隔开来并且使均匀厚度的间隙贯穿整个热回收器。
在另一个实施中，该方法包括将长条状带延伸通过一成形工具并且将该长条状带卷绕在在该成形工具的下游的一可旋转的拉紧卷盘上。此外，该方法包括使拉紧卷盘旋转过该拉紧卷盘整个转动的一部分的一预定角度，从而使长条状带前进通过成形工具预定的角度的函数的一预定距离。紧接着，拉紧卷盘停止运行，然后成形工具动作以局部地使长条状带变形，以致在该长条状带上形成至少一个隔离物。
重复转动拉紧卷盘，使该卷盘停止运行以及使成形工具动作的步骤直至该拉紧卷盘已经转过大约360度时为止。在拉紧卷盘一经转过大约360度以后，就使该拉紧卷盘转过该预定角度加上一偏移角，使得延伸的长条状带前进通过成形工具不同与预定距离的一距离，例如多于或者少于该预定距离。拉紧转盘接着就停止，然后成形工具动作以使长条状带局部地变形，从而在该长条状带上形成至少一个隔离物。
为了获得该拉紧卷盘的多个完整的转动，重复上述的使拉紧卷盘前进、停止运行以及使成形工具动作的步骤。该加工过程形成了长条状带的各层，在那里长条状带的一部分被卷绕在拉紧卷盘上盖在在前卷绕的长条状带部分上。将一偏移角加到预定角度中以使在相邻各层内所形成的隔离物偏置，从而制止隔离物在相邻各层上的对准。
在一个实施例中，紧接着上面所述的方法还包括使至少一长的金属丝安置在拉紧卷盘的上游的长条状带上，然后将长条状带和至少一根金属丝卷绕在拉紧卷盘上，而所述的至少一根金属丝置于长条状带的相邻各层之间。此后，将金属丝取出。
隔离物可以是通过使长条状带塑性变形而在该长条状带上形成的隆起，例如借助于模制工具将金属薄片压成一凹槽，从而局部地拉伸该金属薄片。每一个隆起的尖端都是抵靠在长条状带的下一个相邻层，从而将每一层均匀地同下一个相邻层分隔开来。隔离物可以是小凸出部。
图1是图解说明用于实施本发明的较佳的装置的一透视示意图。
图2是图解说明一具有结构压辊的一透视图。
图3是图解说明具有在其表面上形成的隆起的本发明的长条状带的一透视图。
图4是图解说明用于实施本发明的另一个装置的一透视示意图。
图5是图解说明用于在长条状带上形成隆起的成形工具的一透视图。
图6是说明另一个实施例的工序的一流程图。
具体实施例方式
在描述附图中图解说明的本发明的较佳实施例时，为了清晰起见将借助于专门的术语。然而，不打算使本发明局限于那样选定的专门术语，并且还须理解每个专门术语包括采用以类似方式工作的、达到类似目的所有的技术等效物。例如，经常使用关联的词汇或者与之类似的术语。它们并不限于直接的连接关系，但是包括通过由该领域的普通技术人员把这种连接认定为是等效物的其它部件的连接关系。
在图1中示出了实施本发明的较佳结构。一长条状带，最好是由不锈钢或者其它可接受的材料制成的，处于可旋转地安装于一框架结构(未示出)的一卷筒12上。长条状带的一部分18从卷筒12延伸至一对压辊14和16。压辊14和16可旋转地安装于框架结构(未示出)上，而在压辊14和16彼此靠近的各自圆周的、外圆表面之间形成一小的间隙，在压辊14和16之间的间隙的厚度最好是与长条状带部分18的厚度相同，或者比长条状带部分18的厚度稍微薄些，该长条状带部分则延伸穿过该间隙。
如图2中所示，压辊16具有一特殊结构的外圆表面15。在一较佳的实施例中，在表面15上的结构是由多个升高的凸起构成的，而压辊14的圆周的、外圆表面具有相对应的凹陷，或者是由诸如橡胶等等的弹性材料制成的。表面15抵靠在长条状带部分18的上表面，压辊14的圆周表面抵靠在长条状带部分18的下面。延伸通过压辊14和16中的间隙的长条状带部分18，因而可由从动压辊14和16从卷筒12中加以拉出。
当长条状带部分18在压辊之间通过时，压辊14和16在长条状带部分18的相对两侧施加显著的压缩力。由压辊14和16施加于长条状带部分18上的力使压辊16的表面15上的凸起引起长条状带部分18上局部地变形，从而在长条状带部分18上形成各个凹穴19，如图3所示。取代在长条状带部分18一侧上形成的各个凹穴的长条状带的局部部分而在长条状带部分18的相反侧上被升起，从而形成具有基本上与压辊表面15上的相应凸起相等高度的隆起。凹穴19可以是圆锥形、四面体或任何其它的形状，这可由压辊表面15上的凸起的形状加以确定。
在形成了隆起之右，长条状带以类似于卷绕在一管子上的纸的构形绕在拉紧卷盘20上，除了长条状带的“层”之间的均匀间隙外，其余都卷绕在拉紧卷盘上。当长条状带被卷绕在拉紧卷盘20上时，在该长条状带部分18上的各个隆起的顶部最好抵靠在已经被卷绕在拉紧卷盘20上的长条状带的相邻的“层”的下面。在各隆起之间的长条状带表面的区域并不与该长条状带的相邻层接触，因为隆起的高度是显著的，足以将这一区域同该长条状带的相邻层分隔开来。术语“层”不是理想的，因为所有的“层”是相同的延伸的长条状带的部分，该长条状带被多次地卷绕在拉紧卷盘20上。然而，应该了解到各层指的是相同长条状带的每次卷绕。
为了在精整加工的回收器内的各层之间具有尺寸一致的间隙，在形成隆起的过程中以及形成之后，长条状带上的诸隆起保持基本上相同的高度是必需的。在常规的卷绕式热回收器的制造中，可能有过大的转矩被施加于一拉紧卷盘的问题，这一问题导致拉紧卷盘以超过长条状带的线性位移的一角位移来转动该拉紧卷盘。这状况会导致绕在卷盘上的长条状带卷过紧，当发生这种情况的时，隔离物至少会部分地挤压入回收器的某些部分上。
为了防止施加在拉紧卷盘20上的转矩过度拉紧卷绕的长条状带并因而压紧各隆起，应将第一和第二金属丝22和24插入在长条状带部分18和卷绕在拉紧卷盘20上的长条状带的第一(以及每一以后的)层之间。在长条状带部分18卷绕在拉紧卷盘20上之前，金属丝22和24位于长条状带部分18的横向边缘(侧缘)附近，最好直接相邻接该横向边缘。金属丝22和24最好具有基本上与长条状带中所形成的各隆起的高度相等的直径，以占有长条状带的相邻层之间的间隙。
金属丝22和24通过防止任何过大的转矩而过度拉紧长条状带可保持在拉紧卷盘20上的长条状带18的各层之间的间隙，使长条状带过度拉紧会压缩该长条状带上的各隆起。金属丝22和24可保持间隙，因为它们实际上是不可被压缩的，由于通过拉伸长条状带压缩金属丝所需要的力远大于在达到一金属丝压缩幅度之前将很可能破坏该长条状带的力。假若金属丝22和24不能被长条状带任何过度拉紧所压缩的话，那么，在该长条状带上所形成的隆起将不会被长条状带中过度的张力加以压坏。
金属丝22和24一经插入并且被卷绕在拉紧卷盘20上，长条状带的各层之间就形成了总的若干层以完成回收器，而拉紧卷盘20上的任何明显的转矩则被释放，金属丝22和24被取出。每个金属丝都可通过拉引该金属丝的一端，或者金属丝两端的中间的一部分，沿着大致地平行于拉紧卷盘20的轴线的方向并从拉紧卷盘20中加以取出，然后离开拉紧卷盘20。这是一种侧面的方向。在除去了金属丝22和24之后，在长条状带的各层之间的间隙从卷绕式回收器的一端完整地延伸至另一端，并且各隆起沿着该回收器的整个长度以均匀的厚度保持各间隙。
在用以实施本发明的另一种结构中，一长条状带处于基本上类似于上述的实施例的卷筒一样的卷筒112中。卷筒112旋转地安装于一框架(未示出)上，并且一长条状带部分118从卷筒112切向地扩展。长条状带部分118在一成形工具、最好是相配合的成形工具对114和116之间通过，然后被卷绕在一拉紧卷盘120上，拉紧卷盘是由步进电动机130旋转地驱动的。在工作过程中，电动机130使拉紧卷盘120旋转以从卷筒112中抽出长条状带，穿过成形工具114和116，然后将它卷绕于该拉紧卷盘120上。
使长条状带卷绕成一回收器的每一个加工步骤将在下文中予以详尽说明。电动机130以卷盘120整个360度转动的一部分驱动拉紧卷盘120，然后就停止转动。这个短暂的转动被称为一“步”，而每一步是以幅度从一度的几分之一到许多度，旋转一预定的角度。例如，电动机130可使拉紧卷盘120转动六度的预定角度，这个角度将长条状带部分118推进一小段距离，该距离是预定角度的函数。当电动机130停止卷盘120转动时，成形工具就动作以在长条状带部分118内产生局部隔离物。隔离物最好是很象由压辊14和16的凸起所形成的隆起。
成形工具114和116一起被驱动以使长条状带部分118、最好是非弹性地在长条状带部分118的一个或多个分离或不连续的局部区域内发生变形。工具114具有一个或多个凸起，而工具116则具有相对应的凹穴，或者是诸如橡胶之类的一弹性材料，当采用一冲压操作的方式借助于长条状带部分118的相反侧上的相当大的力一起被驱动的时候，这些工具就在长条状带部分118上形成诸如隆起之类的一个或多个隔离物。
于是，该加工程序的一部分是这样的一个部分，其中电动机130驱动拉紧卷盘120，然后就停上运行，从而停止长条状带部分118的前移，接着工具114和116同时伴随着相当大的力被驱动形成至少一个隔离物。其后，从与长条状带部分118的接触中移开工具114和116，而电动机130则使拉紧卷盘120前进到另一步，即转过整个卷盘120的一部分的预定角度，然后就停止运转。再者，工具114和116再一次引起被驱动以在长条状带部分118上以在前所形成的隆起的稍上游位置处形成一个或多个隆起。在再一次移开工具114和116以后，电动机130使拉紧卷盘120前进到另一步，且该循环再三地重复，从而在长条状带上形成一系列隆起，并且将长条状带的层卷绕在拉紧卷盘120上。
为了避免或者至少制止一层的隆起嵌套入另一层的凹穴内，本发明包括将一“偏移”引入到拉紧卷盘120每一转动中。在一宽的实施例中，本发明的偏移是一角度，此角度被加进电动机130的每一步的预定角度中。这个偏移角最好是一固定的角度，但是可以以常规的众所周知的方式随机地产生，诸如利用一计算机。该偏移角的幅度可以是一度的几分之一至许多度。
在一典型的实施例中，电动机130的一预定的角度是六度。因此，为拉紧卷盘120完成一完整的360度的转动，就需要60步的预定的角度，例如，该偏移角可以是两度。在本发明的操作中，在电动机130的第60步期间，将偏移添加于预定的六度转动。如果偏移是两度的话，那么第一个完整转动的最后一步就将是八度而不是六度。
在完成了由预定角度加上偏移角组成的步骤以后，下一个59步是六度(预定的角度)步骤。在第二个转动的第60步期间，将两度的偏移角加进预定的角度六度。于是，第二各转动的第60步是八度。下一各59步是六度步骤，而第三各转动的第60步骤则包含已被添加于预定的角的偏移角。这种情况在一循环内继续，直至完成整个回收器时为止。
在作为流程图的图6中示出了加偏移角的工艺过程，在该流程图中开始位置是在步进电动机处于转动的零度时的点。步进电动机按预定的角度X起步或步进，在上述的实例中该预定的角度X是六度，然后就停止转动。接着，成形工具在长条状带上形成至少一隔离物。假若步进电动机没有转动360度减去预定的角度X，那么就重复该工艺过程或工序直至它转动到此角时为止。电动机一经转动过360度减去预定的角度以后，即处于第59步的末端时，该步进电动机的下一步就相当于预定的角度加上偏移角的一步(步骤)。其后，电动机停止转动，而成形工具形成了至少一个隔离物。假若还没有形成所需要的回收器中的层数，就重复该过程直至它们形成了所需层数，那时，该过程结束。
通过引入偏移角，一层的隔离物就可通过偏离量实际上与下面的层的凹穴偏离。这样，基本上不存在一个长条状带层的隆起将会与另一长条状带层的凹穴对准并嵌套入的可能性，从而影响或损害间隙的均匀性。
偏移角不是一固定的角，而是可以随机地选定的，即它可以从所安排的一组固定的角度中顺次的加以选择以提供随机性的近似值。另一方面，将偏移角加于每个转动的具体的步骤可以交替地随机地加以选择。这种情况的一个实例是加进到每个转动的一个随机地选定的步骤的三度的偏移角。一个普通的技术人员将从本说明中认识到可以引入许多可供选择的偏移角，这些偏移角太多以致此处不能一一列出。
在一较佳的实施例中，在采用图4的结构实施的方法中包括了一金属丝插入步骤。这是通过从丝材卷盘123中延伸出的金属丝122和一对应的金属丝以及在图4中看不到的相反侧上的丝材卷盘加以表示的。如图1实施例中所示，金属丝被放入长条状带的各层之间，而且如在较佳的实施例中那样被卷绕于各层之间。
有许多产生上述的层的方法，结构轮子以及形成工具只是可制成这种隔离物的两种方式。将如本领域的普通的技术人员所了解的那样，可以形成与上述的较佳隆起不同构形的隔离物。例如，在另一可供选择的实施例中，待要被制成一回收器的长条状带具有用作隔离物的小凸出部。每个小凸出部是通过沿着一U形曲线切割该长条状带而形成的，然后沿着与包含长条状带成横向的平面的一路径将U形曲线内的该长条状带的部分的自由端推至一侧。这种小凸出部在回收器领域内是众所周知的。
除了该较佳的实施例之外，有可能在长条状带的各层之间只插入一根金属丝。该金属丝可以被插入横过长条状带的宽度的任何地方，虽然较佳是将它插入侧向边缘附近，但最好直接地插入邻接的一侧向边缘。
尽管以上的本发明被说成是用于形成一卷绕的回收器，但是本发明可用于由带有隔离物的长条状带形成一绕制卷筒，其中长条状带此后从卷绕状态松开并切割，或相反形成另一种构形。例如，有可能使图1中所示的拉紧卷盘20的转动换向并且及将长条状带切割成小的板以用于例如另一回收器或另一结构中。
本发明的一些较佳实施例已详细地加以揭示，而应当理解在不违背本发明的精神或者以下的权利要求书的范围下可以采取各种改进。
权利要求
1.一种从长条状带产生一绕制卷筒的方法，该方法包括a)使长条状带在沿着长条状带的长度的多个离散或不连续部位变形以在该长条状带上形成多个隔离物；b)将至少一根长的金属丝放置在长条状带上；c)将长条状带和所述的至少一根金属丝卷绕在可转动的拉紧卷盘上，从而形成带层，在带层中，该长条状带的部分是绕在在前卷绕的长条状带的部分上，而所述的至少一根金属丝放入在带的相邻各层之间；以及d)取出所述的至少一根金属丝。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的至少一根金属丝安置在长条状带上，靠近长条状带的侧向边缘。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的至少一根金属丝进一步包含第一和第二金属丝，以及该方法还包含使所述的第一金属丝位于靠近长条状带的横向边缘而使第二根金属丝位于靠近一第二的、相对的长条状带的横向边缘。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，取出金属丝的步骤进一步包括从各带层之间横向地拉出金属丝。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述金属丝具有基本上与一隔离物的高度相等的直径，并且其中每个带层的隔离物抵靠在一相邻带层上，从而将在所述的金属丝之间的各层彼此分隔开。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述隔离物是隆起。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述隔离物是小凸出部。
8.一种从长条状带产生一绕制卷筒的方法，该方法包括a)将长条状带延伸通过一成形工具；b)将长条状带层绕制在成形工具的下游处的可转动的拉紧卷盘上；c)使拉紧卷盘转过一预定的角度，该预定角度为拉紧卷盘的完整转动的一部分，从而使长条状带前进通过成形工具一作为该预定角度的函数的预定距离，使拉紧卷盘停止运行，然后使成形工具动作以使长条状带局部地变形，从而在长条状带上形成至少一个隔离物；d)重复步骤c)直至拉紧卷盘已经转动大约360度时为止，使拉紧卷盘转动通过预定的角度加上一偏移角以使长条状带前进通过成形工具一距离，该距离不同于预定距离，使拉紧卷盘停止运转，然后使成形工具动作以使长条状带局部地变形，从而在该长条状带上形成至少一个隔离物；以及e)重复步骤c)和d)用于拉紧卷盘的多个完整转动，从而形成诸长条状带的层，在那里长条状带的一部分被卷绕在拉紧卷盘上、在在前已卷绕的该长条状带的部分上，以便限制在相邻层上的隔离物的对齐。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于，进一步地包括a)将至少一根长的金属丝安置在拉紧卷盘的上游的长条状带上，然后将长条状带和所述的至少一根金属丝卷绕在拉紧卷盘上，而所述的至少一根金属丝是放入该长条状带的相邻各层之间的，以及b)取出所述的至少一根金属丝。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述的至少一根金属丝被安置在长条状带上，靠近长条状带的横向边缘。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述的至少一根金属丝还包括第一和第二金属丝，以及该方法还包括使所述的第一金属丝位于靠近长条状带的横向边缘而使第二金属丝位于靠近一第二的、相对的长条状带的横向边缘。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，取出该金属丝的步骤进一步地包括将该金属丝从带层之间横向地拉出。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述金属丝具有一基本上与隔离物的高度相等的直径，其中每个带层的隔离物抵靠在一相邻的带层，从而将在所述的金属丝之间的各层彼此分隔开来。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述隔离物是隆起。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述隔离物是小凸出部。
全文摘要
形成如热回收器那样的绕制卷筒的方法，包括当长条状带待要卷绕在一卷盘上时将一金属丝插入在长条状带的侧向边缘处的步骤。在长条状带上形成诸如局部隆起之类的隔离物以将带层分隔开，从而形成均匀的间隙。把一偏移角加于在每个隔离物形成步骤之间的旋转的角度，以制止隆起嵌套入相邻带层的凹穴或凹陷中。
文档编号B21D51/52GK1852781SQ200480027173
公开日2006年10月25日 申请日期2004年3月4日 优先权日2003年7月25日
发明者C·E·托德 申请人:圣波尔股份有限公司